構建分子以上層次自組裝的多尺度構築基元

《構建分子以上層次自組裝的多尺度構築基元》是依託中國人民大學，由張美寧擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：構建分子以上層次自組裝的多尺度構築基元
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：張美寧
• 依託單位：中國人民大學

項目摘要

自組裝是構築基元通過它們之間的特異性或局部相互作用自發地實現自我集結，形成規則圖案或有序結構的過程。基於分子之間（包括其聚集體以及超分子）相互作用而進行自組裝的研究目前已經非常廣泛和深入，而本項目的研究目標是針對於遠大於分子尺度的基元之間的自組裝。我們在前期工作的基礎上，希望利用非傳統加工手段製備各種形態的多尺度自組裝構築基元；利用選擇性釋電等方法在這些不規則基元的表面製備圖案化的靜電荷，以控制靜電自組裝在指定位點定向進行；利用微氣流將通過微流控的聚合物溶液或熔體分割為等長度，然後在強靜電場下拉伸，以製備單分散以及可控序列的聚合物構築基元，並用於模擬蛋白質結構等自然界和生命體中複雜的靜態或動態自組裝現象。我們發展的分子以上層次的多尺度微納米功能基元，尤其是製備這些基元的各種新方法，有望在重大研究計畫中，為化學和其他學科尤其是物理、材料和生物等領域提供交叉點，在可控自組裝體系發揮重要作用。

結題摘要

經過項目組成員的三年努力，本項目完成了預定目標，取得如下主要成果：（1）建立了多種在駐極體表面構築精細圖案化靜電荷的非傳統方法，並在此圖案化電荷的基地上實現了聚合物薄膜的靜電誘導有序組裝，形成與靜電荷相對應的精細圖案，通過設計和修飾不同性質的基底，在靜電場與浸潤的協同作用形成豐富的聚合物薄膜組裝形態。通過對聚合物駐極體薄膜內注入圖案化電荷，利用規則排列的微米級電荷圖案作為明顯的標記，通過原子力表征了圖案上聚合物薄膜的力學性質的變化，直接驗證了電荷對聚合物介電弛豫性質的影響；（2）發展了多種製備各種形態的多尺度自組裝構築基元的軟刻蝕方法，如有機蒸汽輔助製備金屬微納米結構，微轉移模板法製備石墨烯微陣列、水凝膠刻蝕法製備金屬微米條帶、冷微接觸印刷法製備了微凝膠小球陣列；並將這些基元製備成超級電容器等微型能源存貯器件，這些微納器件的性能不遜於巨觀器件；（3）利用DNA和碳納米管以及DNA 和Au之間的自組裝性質，構築了靈敏度高、可重置的電化學發光感測器。項目執行期間在Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Soc. Chem., Anal. Chem.等SCI期刊發表研究論文14篇，培養博士3名，碩士4名。